Erforschung der Strömung von Blut und von Blutanalogfluiden unter Berücksichtigung des Einflusses der Partikelmigration in Mikrokanälen

Herzinsuffizienz zählt weltweit zu den häufigsten Todesursachen und geht häufig mit einer eingeschränkten Pumpfunktion und Dilatation der Herzkammern einher. Für die Behandlung einer schweren Herzinsuffizienz stellt der Mangel an Spenderherzen ein erhebliches Problem dar. Daher werden mechanische Herzunterstützungssysteme wie Ventricular Assist Devices (VAD) zunehmend eingesetzt. VADs werden sowohl als Überbrückung bis zur Transplantation sowie als dauerhafte Therapieoption verwendet.
Zur Optimierung von VADs sind Strömungssimulationen von zentraler Bedeutung. In diesen Simulationen wird Blut häufig als einphasiges Modell vereinfacht Simuliert. Diese kumulative Dissertation untersucht einerseits geeignete Blutanalogfluide, die die rheologischen Eigenschaften von Blut bei hohen Scherraten realitätsnah abbilden. Andererseits werden die komplexen Strömungsvorgänge in den engen Spaltbereichen von VADs in einem generischen Testfall analysiert, in denen aufgrund des mehrphasigen Charakters von Blut eine Zellmigration und die Bildung einer zellfreien Schicht auftreten kann.
Die Ergebnisse zeigen, dass Partikel zur Strömungsmitte migrieren und dabei eine zellfreie Schicht (Cell-Free Layer) ausbilden. Dies führt zu einer Reduktion von Scher- und Wandschubspannungen sowie von Druckverlusten. Direkte Messungen bestätigten, dass ein einphasiges Simulationsmodell die realen Strömungsverhältnisse bis zu einem Hämatokrit von 20% nicht adäquat abbildet. Eine mehrphasige Betrachtung ist daher erforderlich, um die hämodynamischen Bedingungen in den Spaltbereichen von VADs realitätsnah zu beschreiben.